QEMU 初始化过程分析

基于 v4.1.0，但是对于 latest 的 QEMU 也很有参考意义，基础框架改动比较小。

• main
• tcg_init
• x86_cpu_realizefn
• i440fx_init
• notes
  • memory
  • tcg

main

一下的代码从 main 开始，首先会经过一大段的参数解析的代码

• select_machine() : select_machine 中获取 MachineClass, 在这里抉择是 pc 还是 q35
• cpu_exec_init_all :
  • io_mem_init : 初始化 MemoryRegion io_mem_unassigned, 用于捕获访问 io 空洞的行为, 实际上这个 mr 永远都不会被使用,
  • memory_map_init : 初始化 system_memory 和 io_memory 这两个分别是两个对顶级的 container 分别和 address_space_io 和 address_space_memory 关联起来
• page_size_init
• configure_accelerator
  • accel_init_machine
    • AccelClass::init_machine : 在 tcg_accel_class_init 初始化
      • 实际上调用就是 tcg_init
• machine_run_board_init
  • machine_class->init : DEFINE_I440FX_MACHINE 这个封装出来 pc_init_v6_1 来调用
    • pc_init1
      • x86_cpus_init : 多次调用 x86_cpu_new 来创建新的 CPU
        • x86_cpu_new
          • qdev_realize : 经过 QOM 的 object_property 机制，最后调用到 device_set_realized
            • device_set_realized
              • x86_cpu_realizefn
      • pc_memory_init
        • e820_add_entry
        • pc_system_firmware_init : 处理 -drive if=pflash 的选项
          • x86_bios_rom_init : 不考虑 pflash, 这是唯一的调用者
            • memory_region_init_ram(bios, NULL, “pc.bios”, bios_size, &error_fatal)
            • rom_add_file_fixed
              • rom_add_file
                • rom_insert
                • add_boot_device_path
            • map the last 128KB of the BIOS in ISA space
            • map all the bios at the top of memory
        • memory_region_init_ram(option_rom_mr, NULL, “pc.rom”, PC_ROM_SIZE, &error_fatal);
        • fw_cfg_arch_create : 创建 FWCfgState *fw_cfg, 并且初始化 e820 CPU 数量之类的参数
        • rom_set_fw : 用从 fw_cfg_arch_create 返回的值初始化全局 fw_cfg
        • x86_load_linux : 如果指定了 kernel, 那么就从此处 load kernel
        • rom_add_option : 添加 rom 镜像，关于 rom 分析看 loader
      • pc_guest_info_init : 初始化 PCMachineState 的成员，注册上 pc_machine_done 最后执行
      • smbios_set_defaults : 初始化一些 smbios 变量，为下一步制作 smbios table 打下基础
      • pc_gsi_create : 创建了 qemu_irq，分配了 GSIState , 但是 GSIState 没有被初始化. X86MachineState::gsi 指向这个位置
      • i440fx_init
      • piix3_create
        • pci_create_simple_multifunction : 创建出来设备
        • 设置从 piix3 到 i440fx 的中断路由之类的事情
      • isa_bus_irqs
        • ISABus::irqs = X86MachineState::gsi
      • pc_i8259_create : 根据配置，存在多种
        • i8259_init
          • i8259_init_chip : 调用两次，分别初始化两个 irq chip 的
      • ioapic_init_gsi
      • x86_register_ferr_irq
      • pc_vga_init
        • pci_vga_init
        • isa_vga_init
      • pc_basic_device_init
        • ioport80_io 初始化
        • ioportF0_io 初始化
        • hpet 初始化 : hpet 不是
        • mc146818_rtc_init : 通过 QOM 调用 rtc_class_initfn 和 rtc_realizefn 之类的，进行 rtc 的初始化
        • i8254_pit_init
        • i8257_dma_init
        • pc_superio_init : https://en.wikipedia.org/wiki/Super_I/O
      • pc_nic_init : 网卡的初始化
      • pci_ide_create_devs
        • ide_drive_get
        • ide_create_drive
      • pc_cmos_init
        • 多次调用 rtc_set_memory 初始化 RTCState::cmos_data
      • piix4_pm_init : 当支持 acpi 的时候, 那么初始化电源管理
• soundhw_init
• parse_fw_cfg : 解析参数 -fw_cfg (Add named fw_cfg entry with contents from file file.)
• usb_parse
• device_init_func : 解析参数 -device 比如 nvme
• qdev_machine_creation_done
  • notifier_list_notify : 通过 qemu_add_machine_init_done_notifier 的 references 最终需要执行的 hook 了
    • pc_machine_done
      • rtc_set_cpus_count
      • acpi_setup
        • 依赖于 acpi 的 x86ms->fw_cfg 和 pcms->acpi_build_enabled, 否则都会失败
      • fw_cfg_build_smbios
    • x86_cpu_machine_done : 初始化 smram
    • ioapic_machine_done_notify : 用于支持 kvm 的 splitirq 的
    • pcibus_machine_done : pci address space 和 pci dev 的地址空间初始化
    • piix4_pm_machine_ready : piix4 pm 的 pci 配置空间
    • machine_init_notify
• qemu_system_reset
  • cpu_synchronize_all_states
  • MachineClass::reset => pc_machine_reset
    • qemu_devices_reset : 这会 reset 通过 qemu_register_reset 注册上的所有 devices
      • x86_cpu_machine_reset_cb
        • cpu_reset : 初始化 CPUX86State
      • rom_reset : 将 rom 拷贝到指定的空间上
      • acpi_build_reset
      • rtc_reset
      • pc_cmos_init_late
      • piix3_reset : 初始化 piix3 的配置空间
    • device_reset(X86CPU::apic_state)
  • cpu_synchronize_all_post_reset
• accel_setup_post
• os_setup_post
• main_loop
  • main_loop_wait
    • os_host_main_loop_wait
      • qemu_poll_ns

tcg_init

• tcg_init
  • tcg_exec_init
    • cpu_gen_init
      • tcg_context_init : 在 xqm 下这个没有意义
    • page_init : 初始化
      • page_size_init
      • page_table_config_init
    • tb_htable_init
    • code_gen_alloc
      • alloc_code_gen_buffer
        • alloc_code_gen_buffer_anon
    • tcg_prologue_init
  • tcg_region_init

x86_cpu_realizefn

• x86_cpu_realizefn
  • qemu_register_reset(x86_cpu_machine_reset_cb, cpu);
  • cpu_exec_realizefn
    • cpu_list_add : 将 CPUState 添加到 cpus 中
    • CPUClass::tcg_initialize => tcg_x86_init
    • tlb_init
      • tlb_mmu_init
  • x86_cpu_expand_features
  • x86_cpu_filter_features
  • mce_init : machine check exception, 初始化之后，那些 helper 就可以正确工作了
  • qemu_init_vcpu : 创建执行线程
    • rr_cpu_thread_fn : 进行一些基本的注册工作，然后等待, 注意，此时在另一个线程中间了
      • tcg_register_thread
  • cpu_address_space_init
  • x86_cpu_apic_realize
    • 通过 QOM 调用到 apic_common_realize
      • 通过 QOM 调用 apic_realize
    • 添加对应的 memory region
  • X86CPUClass::parent_realize : 也就是 cpu_common_realizefn, 这里并没有做什么事情

i440fx_init

• i440fx_init : 只有 pcmc->pci_enabled 才会调用的
  • qdev_new(“i440FX-pcihost”) : 这当然会调用 i440fx_pcihost_initfn 和 i440fx_pcihost_class_init 之类的函数
    • i440fx_pcihost_initfn : 初始化出来 0xcf8 0xcfb 这两个关键地址
  • pci_root_bus_new : 创建 PCIBus
    • PCIHostState 和分别是啥关系 ? host bridge 和 bus 的关系 ?
    • qbus_create("pci")
      • qbus_create("pci")
        • pci_root_bus_init
          • 一些常规的初始化
          • pci_host_bus_register : 将 PCIHostState 挂载到一个全局的链表上
      • qbus_init
    • pci_root_bus_init
  • 处理 PCI 的地址空间的映射初始化
  • init_pam

notes

memory

Memory 初始化一共三个位置:

1. memory_map_init
2. pc_memory_init : 创建了两个 mr alias，ram_below_4g 以及 ram_above_4g，这两个 mr 分别指向 ram 的低 4g 以及高 4g 空间，这两个 alias 是挂在根 system_memory mr 下面的 创建 pc.bios
3. cpu_address_space_init : tcg 需要创建出来 CPUAddressSpace

tcg

tcg 初始化两个部分:

• tcg_init : 初始化所有 tcg 相关基础设施
• tcg_register_thread : 分配 tcg region 给一个 CPU 使用